1
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
2015 - 2016
-project kunststoffen
2
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
1 Inhoudstafel
1 Inhoudstafel ................................................................................. ……2
2 Voorwoord ........................................................................................ 3
3. Kunststoffen: Voor elke toepassing een andere kunststof?........................5
3.1.Wat is een eigenschap?......................................................................5
3.2. Wat zijn kunststoffen?.......................................................................6
3.3. Hoe zijn kunststoffen opgebouwd?......................................................7
3.4. Hoe kunnen de bouw van de kunststoffen aan de hand van een model
voorstellen?..........................................................................................23
3.5. Hoe beïnvloedt de verwerkings- en bewerkingswijze de uiteindelijke
toepassing van een kunststof?.................................................................28
3.5.1.Kunststoffen verschuimen………………………………………………………………………..28
3.5.2.Sandwichpanelen………………………………………………………………………………………34
3.6. Welk polymeer kiezen we voor een bepaalde toepassing?.....................46
3
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
2 Voorwoord
In deze bundel wordt gewerkt met enkele symbolen die een aantal
typische houdingen van wetenschappers duidelijk maken. Een overzicht
van deze symbolen vinden jullie hieronder.
Exploreren
Onderzoek
Verklaren
Ruimer Kijken
In deze bundel wordt ook gewerkt met enkele symbolen die duidelijk maken
wat van jullie verwacht wordt. Zo zijn er symbolen voor een
onderzoeksopdracht, een computeropdracht, een leesopdracht,… Een
overzicht van deze symbolen vinden jullie hieronder.
Een
onderzoeks-
opdracht
Een computer-
opdracht
4
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
De leerstof
wordt
aangebracht.
Extra
informatie
Een
groepswerk
Een
leesopdracht
Een realisatie
maken
Evaluatie
Een
presentatie
houden
Een spel spelen
5
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
3. Kunststoffen: Voor elke toepassing een andere
kunststof?
3.1.Wat is een eigenschap?
Een eigenschap of kenmerk is een verschijnsel dat typisch is voor een bepaalde persoon,
voorwerp of zaak.
Eigenschappen van stoffen worden ingedeeld in chemische en fysische eigenschappen.
Opdracht1.1:
http://ggca.nl/userfiles/file/2012-2013/peter%20henk/TabelStofeigenschappen.pdf
(addendum1)
-Wat betekent :
-fase bij 20°C?
-smeltpunt?
-kookpunt?
-brandbaarheid?
Opdracht1.2. Zoek op in de tabel:
Het metaal met het hoogste kookpunt
Het metaal met de hoogste dichtheid
6
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
3 zeer goed brandbare mengsels
Stof met het hoogste kookpunt
Stof met het laagste smeltpunt
De eenheid van dichtheid
3 witte vaste stoffen
3.2. Wat zijn kunststoffen?
Met chemie kun je allerlei stoffen maken, ook stoffen die niet in de
natuur voorkomen. Dit noemen we kunststoffen. In het dagelijks leven
bedoelt men met de term kunststof (onterecht) vaak hetzelfde als met
plastic. Kunststoffen zijn opgebouwd uit zeer grote moleculen. Voor het
maken van deze stoffen kunnen grondstoffen uit de natuur worden
gebruikt. Zo kan glas uit zand, plastic uit aardolie, zeep uit vetten en
alcohol uit suiker worden gemaakt. Het maken van stoffen noemen we een chemisch
proces.
In de meest ruime betekenis van het woord zijn kunststoffen materialen die opgebouwd zijn
uit reuze grote moleculen (macromoleculen) en die ontstaan door wijziging van
natuurproducten of uit grondstoffen zoals aardolie, aardgas of steenkool. De
macromoleculen zijn in te delen volgens oorsprong en synthese.
7
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Uit onze omgeving kennen we zeer veel soorten kunststoffen. Diepvrieszakjes zijn uit een
andere soort kunststof gemaakt dan de DVD waar onze favoriete film opstaat, de
tandenborstel is van een totaal ander materiaal dan een koffiebeker.
Diepvrieszakjes uit PE of polyethyleen
DVD uit PC of polycarbonaat
Tandenborstel uit nylon of polyamide
Een koffiebeker is uit PS polystyreen
Opdracht2.1. Welke kunststofvoorwerpen gebruiken we zoal?
Noteer 10 voorwerpen uit je omgeving die van kunststof zijn gemaakt. Denk hierbij aan
een gewone schooldag.
Noteer de antwoorden op bord.
Voorbeeld van kunststoftoepassing
Huishoudelijk voorwerp
Transport
Verpakkingsmateriaal
Sport
Elektronica
Recreatie
Bouw
Meubels
Kledij
Opdracht2.2: Noteer mogelijke voordelen van kunststoffen.
1.
8
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
2.
3.
4
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Opdracht2.3: Probeer de voordelen van kunststoffen te koppelen aan de gevonden
toepassingen.
3.3. Hoe zijn kunststoffen opgebouwd?
De vele toepassingen van kunststoffen zijn af te leiden uit de vele chemische en fysische
eigenschappen van kunststoffen. Deze eigenschappen zijn vooral bepaald door:
-de samenstelling
-de vorm van de macromoleculen
-de rangschikking
-de lengte
Met de samenstelling bedoelen we de soort atomen en hun structuur. Deze samenstelling
bepaalt eigenschappen als de massadichtheid, de weerstand tegen stoffen, het
isolatievermogen….
Met identificatieproeven kun je samenstelling en soort kunststof opsporen:
9
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
-warmtegeleiding
-brandbaarheid
-oplosbaarheid
-elektrische geleidbaarheid
-dichtheid…..
Opdracht3.1: Verzamel een aantal kunststoffen met één van de pictogrammen.
Omschrijf telkens het uitzicht van het materiaal.
Verdieping (leerkrachten)
Recycling-
code Afkorting Materiaalnaam Gebruik en recycling van de polymeer tot
PET polyethyleentereftalaat polyestervezels, folie, frisdrankflessen
HD-PE high-density-
polyetheen
plastic flessen, plastic zakken,
vuilnisemmers, plastic buizen, kunsthout
PVC polyvinylchloride
kozijnen, buizen, flessen (voor chemicaliën,
lijm, ...)
LD-PE low-density-
polyetheen
plastic zakken, emmers, dispenserflessen
voor zeep, plastic tubes
PP polypropeen
bumpers, interieurpanelen e.d. voor auto’s;
industriële vezels
PS polystyreen
speelgoed, bloempotten, videocassettes,
asbakken, koffers, polystyreenschuim
PET HDPE PVC LDPE PP PS Andere
10
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
OTHER andere kunststoffen, zoals PMMA (o.a. Perspex), polycarbonaat,
polyamide (o.a. nylon), ABS
Foto van gevonden materialen:
Kunststoffen Gevonden materiaal
PET
HDPE
PVC
LDPE
PP
PS
De lengte van een macromoleculen varieert doorgaans van één miljoenste tot één
duizendste van een millimeter. De dikte bedraagt slechts 2 à 3 tien miljoenste van een
millimeter.
Lengte van een macromolecule = 0,………………………………. mm
Dikte van een macromolecule = 0,……………………………….. mm
Hoe langer de keten, hoe meer de ketens elkaar aantrekken. Hierdoor vergroot het
temperatuurgebied waarbinnen ze smelten. Hierdoor worden ze sterker.
11
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
De eigenschappen variëren ook als gevolg van de wijze waarop de atomen in het
macromolecule aan elkaar zijn geschakeld.
Op basis hiervan zijn de kunststoffen in te delen:
Kunststoffen met niet-vernette ketens zijn opnieuw plastisch
vervormbaar. Telkens ze verwarmd worden, verweken ze en zijn
ze te vervormen. Dit zijn de thermoplasten (thermos: warm;
plazo: vormen). De ketens zijn in staat om ten opzichte van elkaar te bewegen.
Kunststoffen met vernetting of driedimensionale bindingen tussen de macromoleculen zijn
niet opnieuw plastisch vervormbaar. Dit zijn de thermoharders. Bij verhitting verandert de
toestand van de thermoharders vrijwel niet. Ze behouden hun
structuur tot ze onder invloed van hitte ontbinden.
Evaluatie basisbegrippen (K/G) en (K/I)
1. Omschrijf het begrip eigenschap. (K/G)
2. Geef 2 vloeistoffen die een lagere dichtheid hebben dan water. (K/I)
3. Geef 3 witte vaste stoffen die goed oplosbaar zijn in water. (K/I)
4. Wat zijn kunststoffen? (K/G)
5. Welk verschil is er tussen thermoplasten en thermoharders? (K/G)
Opdracht3.2: Bereiden van een zetmeelfolie m.b.v. verschillende recepten
De samenstelling bepaalt voor een groot stuk de
eigenschappen van voorwerpen.
Hier worden 6 verschillende zetmeelfolies bereid
vertrekkend van telkens een andere
samenstelling.
12
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Benodigdheden:
-Plastiekfolie
-Aardappelzetmeel
-Glycerol
-Spuitfles met gedestilleerd
water
-HCl-oplossing (0.1 mol/l)
-NaOH-oplossing (0.1 mol/l)
-Maatbekers 100 ml (1 per
recept)
-Maatcilinders 10 ml (1 à 3 per recept)
-Maatcilinders 100 ml
-Petrischaaltjes (1 per recept)
RECEPT 1
- Schrijf met alcoholstift op je petriplaat het nummer van
het recept.
- Weeg 5 g zetmeel af in een beker van 100 ml.
- Voeg 50 ml water toe.
- Verwarm het mengsel al roerend tot het begint te koken. Er
ontstaat een gel. Haal met een
houten tang de beker van de
kookplaat. Breng op de bodem van
een petrischaal een plastic folie aan.
- Giet het mengsel voorzichtig over in
een petriplaat.
- Laat enkele uren aan de lucht
drogen
Glycerol
(HOCH2)2CHOH
CAS 56-81-5
Natriumhydroxide
NaOH 0,1 mol/l
CAS 1310-73-2
Zoutzuur
HCl 0,1 mol/l
CAS 7647-01-0
13
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
- Verwijder de petrischaal, verwijder de plastic folie en draai de bioplastiek
omgekeerd op een nieuw stuk plastic folie.
- Laat enkele dagen aan de lucht drogen.
RECEPT 2
- Schrijf met alcoholstift op je petriplaat het nummer van het recept.
- Weeg 5 g zetmeel af in een beker van 100 ml.
- Voeg 50 ml water toe.
- Voeg 4 ml glycerol toe.
- Verwarm het mengsel al roerend tot het begint te koken. Er ontstaat een gel.
- Breng op de bodem van een petrischaal een plastic folie aan
- Giet het mengsel voorzichtig over in een petriplaat.
- Laat enkele uren aan de lucht drogen
- Verwijder de petrischaal, verwijder de plastic folie en draai de bioplastiek
omgekeerd op een nieuw stuk plastic folie.
- Laat enkele dagen aan de lucht drogen.
RECEPT 3
- Schrijf met alcoholstift op je petriplaat het nummer van het recept.
- Weeg 5 g zetmeel af in een beker van 100 ml.
- Voeg 50 ml water toe.
- Voeg 6 ml HCl (0,1mol/l) toe.
- Verwarm het mengsel al roerend tot het
begint te koken. Er ontstaat een gel.
- Haal met een houten tang de beker van de
kookplaat.
- Voeg druppelsgewijs en al roerend 6 ml
NaOH (0,1 mol/l) toe.
- Breng op de bodem van een petrischaal een
plastic folie aan
14
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
- Giet het mengsel voorzichtig over in een petriplaat.
- Laat enkele uren aan de lucht drogen
- Verwijder de petrischaal, verwijder de plastic folie en draai de bioplastic omgekeerd
op een nieuw stuk plastic folie.
- Laat enkele dagen aan de lucht drogen.
RECEPT 4
- Schrijf met alcoholstift op je petriplaat het nummer van het recept.
- Weeg 5 g zetmeel af in een beker van 100 ml.
- Voeg 50 ml water toe.
- Voeg 2 ml glycerol toe.
- Voeg 6 ml HCl (0,1mol/l) toe.
- Verwarm het mengsel al roerend tot het begint te koken. Er ontstaat een gel.
- Haal met een houten tang de beker van de vierpikkel.
- Voeg druppelsgewijs en al roerend 6 ml NaOH (0,1 mol/l) toe .
- Breng op de bodem van een petrischaal een plastic folie aan
- Giet het mengsel voorzichtig over in een petriplaat.
- Laat enkele uren aan de lucht drogen
- Verwijder de petrischaal, verwijder de plastic folie en draai de bioplastic omgekeerd
op een nieuw stuk plastic folie.
- Laat enkele dagen aan de lucht drogen.
RECEPT 5
- Schrijf met alcoholstift op je petriplaat het nummer van het recept.
- Weeg 5 g zetmeel af in een beker van 100 ml.
- Voeg 50 ml water toe.
- Voeg 4 ml glycerol toe.
- Voeg 6 ml HCl (0,1mol/l) toe.
- Verwarm het mengsel al roerend tot het begint te koken. Er ontstaat een gel.
15
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
- Haal met een houten tang de beker van de vierpikkel.
- Voeg druppelsgewijs en al roerend 6 ml NaOH (0,1 mol/l) toe.
- Breng op de bodem van een petrischaal een plastic folie aan
- Giet het mengsel voorzichtig over in een petriplaat.
- Laat enkele uren aan de lucht drogen
- Verwijder de petrischaal, verwijder de plastic folie en draai de bioplastic omgekeerd
op een nieuw stuk plastic folie.
- Laat enkele dagen aan de lucht drogen.
RECEPT 6
- Schrijf met alcoholstift op je
petriplaat het nummer van het
recept.
- Weeg 5 g zetmeel af in een beker
van 100 ml.
- Voeg 50 ml water toe.
- Voeg 4 ml glycerol toe.
- Verwarm het mengsel al roerend
tot het begint te koken.
- Haal met een houten tang de beker van de vierpikkel.
- Leg de katoenvezels in een petrischaal
- Breng op de bodem van een petrischaal een plastic folie aan.
- Giet het mengsel voorzichtig over in een petriplaat.
- Laat enkele uren aan de lucht drogen
- Verwijder de petrischaal, verwijder de plastic folie en draai de bioplastic omgekeerd
op een nieuw stuk plastic folie.
- Laat enkele dagen aan de lucht drogen.
Indien je de recepten2 tot en met 6 vergelijkt met recept1 wat zijn de verschillen?
16
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Recept Verschil(len) met recept1
2
3
4
5
6
Foto’s van de resultaten:
Recepten
1
2
3
4
5
6
17
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Evaluatie zetmeelfolie
1. Procesevaluatie van de folie (V/C/A) en (A/E)
Geef jezelf een score op 5 door vakjes in
te kleuren.
1. Ik heb de juiste hoeveelheden
afgemeten
2. Ik heb het stappenplan goed
gevolgd
3. Al het materiaal is proper
gepoetst, klaar voor opnieuw te
gebruiken.
4. Ik werkte op een veilige manier.
5. Ik werkte goed in team.
2. Productevaluatie van de folie (V/M/A)
Geef jezelf een score op 5 door vakjes in te kleuren.
1. Ik heb de volledige inhoud van het
zetmeelmengsel uit de beker op het
petrischaaltje kunnen brengen.
2. De folie is wit van kleur tot doorzichtig.
3. De folie is overal even dik en gelijkmatig
verdeeld in het petrischaaltje
4. Ik kan een makkelijk een strookje van 3 cm bij
5cm uit de folie snijden.
5. De folie is overal even hard.
18
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Uitbreiding zetmeelfolies (leerkrachten)
Zetmeel is een voorbeeld van een polymeer van natuurlijke oorsprong. Deze polymeren
worden direct geëxtraheerd en gewonnen uit diverse graangewassen (bijvoorbeeld tarwe en
maïs), knolgewassen (bijvoorbeeld aardappels) en wortels.
Uit microscopisch onderzoek is af te leiden dat de kern van de zetmeelkorrel bestaat uit
onvertakte polymeren, die amylose worden genoemd. Amylose zijn ketens van
glucosemoleculen.
De vertakte polymeren in het zetmeel worden amylopectine genoemd, deze amylopectine
wordt verbonden. Hoewel de absolute massa van zetmeel maar voor een kwart uit amolyse
bestaat, heeft het veel
invloed op de
eigenschappen van
zetmeel. Dit komt omdat amylose uit kleinere moleculen bestaan dan amylopectine.
Afhankelijk van de verhouding tussen Amylose/Amylopectine worden de eigenschappen
bepaald. Bij een gestructureerde kern van glucose moleculen zal er een waxy product zijn,
dit wil zeggen dat er een product ontstaat wat onder normale omstandigheden hydrofiel is,
het product lost op in polaire stoffen zoals water. Bij amylose is het product wat ontstaat
onder normale omstandigheden hydrofoob. Bij contact met koud water wordt circa 35 m%
van het water opgenomen door het zetmeelmolecuul. Waterstofbruggen en een
kristalrooster zorgen ervoor dat het zetmeelmolecuul niet oplost in koud water.
Wanneer het water met daarin de zetmeelkorrels wordt verwarmd, nemen de amylose
moleculen meer water op. Hierdoor zwellen de zetmeelkorrels en breken de onderling
19
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
gevormde waterstofbruggen, naarmate de suspensie opzwelt en stroperiger wordt nemen
ook de amylopectine moleculen water op. Hierdoor verliest de zetmeelkorrel zijn structuur
en stevigheid en wordt er een maximale viscositeit bereikt. Bij verder verwarmen en roeren
gaan de zetmeelkorrels kapot, de viscositeit neemt af en de moleculen lossen geheel op in
water (heldere oplossing). Glycerol wordt vaak toegevoegd als weekmaker om te voorkomen
dat de amylosemoleculen niet met elkaar waterstofbruggen vormt bij het afkoelen van de
oplossing, hierdoor ontstaat bij de afkoeling een homogeen thermoplastisch zetmeel.
Zoutzuur (HCl) doorbreekt de zetmeelketens. Na verhitting wordt het zoutzuur
geneutraliseerd met loog (NaOH). Door breuken in de zetmeelketens zijn de
macromoleculen korter en is de folie minder sterk.
De zetmeelfolies kun je vergelijken op uitzicht voor het droogproces of na het droogproces.
Opdracht3.3.
Voor het droogproces:
1. Omschrijf het uitzicht van je gemaakte zetmeelfolies.
Recepten
1
2
3
4
5
6
Na het droogproces:
1. Omschrijf het uitzicht van je gemaakte zetmeelfolies.
20
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Recepten
1
2
3
4
5
6
2. Orden de folies in volgorde van elasticiteit.
Om zetmeelfolies met elkaar te vergelijken kan ook gekeken worden naar hun
eigenschappen, hier de treksterkte.
Opdracht 3.4: Bepaal de treksterkte en relatieve uitrekking van de zetmeelfolies.
Met treksterkte of breeksterkte wordt de maximale belasting van een materiaal bedoeld.
Dat is de belasting waarbij het materiaal breekt!
De (relatieve) rek van een materiaal wordt gedefinieerd als de verhouding van de
lengteverandering Δl en de originele lengte l.
Rek ε = Δl
l
21
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Benodigdheden:
-gemaakte kunststoffen
-statief
-twee klemmen (IKEA-sluiters)
-metalen staaf met opvangoog
waaraan gewichtjes bevestigd kunnen
worden
-gewichtjes
Uitvoering:
Snij uit de zetmeelfolies telkens een strookje van 3cm bij 5 cm.
Bouw een opstelling voor het meten van de treksterkte.
Naast de treksterkte is de relatieve rek van het plastic te bepalen. Bevestig hiervoor een
meetlint achter het stukje plastic
achter de klem.
Voer de meting uit door steeds
een extra gewichtje aan het stuk
plastic te hangen.
Voor de relatieve uitrekking:
noteer na ieder extra gewichtje de
lengte van het stuk plastic.
Noteer de totale massa nodig om
het stuk plastic te scheuren.
Verwerking:
Zet in grafiek voor de zetmeelfolie van elk recept: de relatieve uitrekking in functie van de
massa van de belasting.
Vergelijk de folies.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
1 2
Re
lati
eve
re
k (Δ
m/m
)
belasting (kg)
22
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Reflectie:
Vergelijk de verschillende curven.
Geef de volgorde van recepten van zetmeelfolies van lagere naar hogere treksterkte.
Geef de volgorde voor de relatieve rek van de recepten van zetmeelfolies.
Wat kun je besluiten?
Evaluatie (K/I) en (V/C/P) en (V/M/P)
Naast de treksterkte kun je een andere eigenschap nagaan van de bioplastic. Je kan
controleren hoe fel de folie bestand is tegen inkerven (krassen).
Bedenk een onderzoeksvraag en werk een plan uit om de bioplastic in te delen in weerstand
tegen krassen.
Miniproject “Krasbestendigheid van bioplastics”
ORIËNTEREN
onderzoeksvraag
hypothese
VOORBEREIDEN
Opstelling
UITVOEREN EN WAARNEMEN
Werkwijze
REFLECTEREN
23
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
3.4.Hoe kunnen de bouw van de kunststoffen aan de
hand van een model voorstellen?
Op basis van de resultaten van de trekproef kunnen we een model afleiden voor de bouw
van de verschillende folies.
Moleculen kun je voorstellen met een deeltjesmodel. Zetmeelmoleculen kun je voorstellen
als lange slierten, die in elkaar verstrengeld zitten.
De lengte en beweeglijkheid kan beïnvloed worden door het toevoegen van stoffen.
1. Glycerol laat toe dat de zetmeelslierten makkelijker kunnen bewegen ten opzichte
van elkaar.
2. Zuren (HCl) en hydroxiden (NaOH) doorbreken zetmeelslierten
3. De gaas vormt een netwerk waarin de zetmeelslierten verstrengeld geraken.
Opdracht4.1: Tracht een schets te maken met het deeltjesmodel van de 6 gemaakte
zetmeelfolies.
Recept1 Recept2 Recept3
Recept4 Recept5 Recept6
24
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Opdracht4.2: De zetmeelfolies zijn ook in een modelvorm voor te stellen. Doe dit met
behulp van gekookte spaghetti.
Materiaal:
-sterk gedroogde, warme spaghetti
-water
-gaas
Recept modelvoorstelling
1 Sterk gedroogde, gekookte lange spaghettislierten
2 Vochtige, gekookte, lange spaghettislierten
3 Sterk gedroogde, gekookte, korte spaghettislierten
4 Half gedroogde, gekookte, korte spaghettislierten
5 Vochtige, gekookte, korte spaghettislierten
6 Vochtige, gekookte, korte spaghettislierten met een gaas
Met de modelvoorstellingen kunnen we een aantal eigenschappen van stoffen, zoals de
trekproef verklaren.
25
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Opdracht4.3.: Orden de resultaten van de treksterkteproef in toenemende volgorde.
Probeer de volgorde aan de hand van de modelvoorstellingen te verklaren.
Volgorde Soort modelvoorstelling Verklaring van treksterkte
26
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Evaluatie(V/C/P) en (V/M/P):
(leerkracht)Uitbreidingsopdracht rond zetmeelfolie
Leerlingen kunnen de opdracht krijgen om een lampenkap te maken met een kantenkous
geïmpregneerd met bioplastiek. De aspecten in vorige punten kunnen hier aan bod komen.
http://www.loelaloep.nl/2011/06/20/1-sexy-kous-bio-plastic-lampenkap/
Het beste resultaat kan bekomen worden met recept 2 (pagina 13). Neem een 5-voud van de
aangegeven hoeveelheden.
Voorbehandeling lampenkap en kanten kous:
Start van een lampenkap waarrond de plastiek verpakking nog zit of breng over de
lampenkap een plastiek folie.
27
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Knip de kous aan één zijde zodanig dat het kanten gedeelte zoveel mogelijk over de
lampenkap kan worden getrokken. Het overhangend deel aan de andere zijde kan na het
aanbrengen en drogen van de zetmeelfolie verwijderd worden.
Bereiding van zetmeelfolie:
- Weeg 25 g zetmeel af in een beker van 500 ml.
- Voeg 250 ml water toe.
- Voeg 20 ml glycerol toe.
- Verwarm het mengsel al roerend tot het begint te koken. Er ontstaat een gel.
- Leg de kanten kous in de beker en dompel goed onder in de gel.
- Meng goed met een lepel
- Laat de gel wat afkoelen en haal de kous goed geïmpregneerd met de gel uit de
beker.
- Trek de kous over de lampenkap met plastiek folie, zodanig dat een halve tot 1
centimeter van de kous over de onderkant hangt.
- Zet de lampenkap op de lampenhouder
- Laat gedurende een paar dagen drogen
Nabehandeling:
-Controleer of de zetmeelfolie goed droog is
-Probeer voorzichtig de kanten kous van de lampenkap te halen
-Verwijder de plastic folie en de oorspronkelijke bekleding
-Plaats de kanten kous terug over de lampenkap
-Schroef de lampenkap op de lampenhouder
-Plaats de nodige lamp en ontsteek
28
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
3.5. Hoe beïnvloedt de verwerkings- en bewerkingswijze
de uiteindelijke toepassing van een kunststof?
3.5.1.Kunststoffen verschuimen
3.5.1.1. Wat zijn verschuimde kunststoffen?
In opdracht 3.1. bestudeerde je de recyclagecode van kunststoffen. Bij recyclagecode nr 6
(PS of Polystyreen) zie je POLYSTYREENSCHUIM staan.
Als we een nieuwe flatscreen TV kopen, dan is dit verpakt in een kartonnen doos en witte
stootkussens (om schokken op te vangen) uit “verschuimde” polystyreen (in de volksmond
beter bekend als piepschuim). Inderdaad, hetzelfde materiaal als de koffiebeker, maar dan in
verschuimde toestand. Hierdoor behoudt de kunststof zijn chemische eigenschappen, maar
is de soortelijk massa veel lager. (en dat is belangrijk als wij dingen moeten vervoeren!!!)
Kunststoffen worden verschuimd door een extra chemische reactie. Hierdoor worden de
ontstane gasbellen ingesloten en ontstaat er een veel lichtere versie.
Opdracht5.1. Schrijf hier in eigen woorden wat massadichtheid is :
MASSADICHTHEID (symbool ρ (rho))
kunststoffen metalen en legeringen Andere stoffen
Soort kg/dm³ Soort kg/dm³ Soort kg/dm³
polycarbonaat 1,2 aluminium 2,755 kurk 0,16…0,25
polyethyleen (HDPE) 0,96 brons 8,2 ... 8,7 suiker 1,6
polyethyleen (LDPE) 0,94 goud 19,2 baksteen 1,4…1,5
polypropeen (PP) 0,91 ijzer (chem zuiver) 7,86 beton 2,4
polystyreen 1,06 koper 8,9 dennenhout 0,54
PVC 1,45 kwik 13,546 water 1
PS in verschuimde vorm heeft een dichtheid van …………………………kg/dm³
PUR in verschuimde vorm heeft een dichtheid van ……………………….kg/dm³
29
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
3.5.1.2.PUR-verschuimen
Polyurethaan is een niet onbelangrijke soort kunststoffen
en vind je in zeer veel toepassingen. Zo worden
bijvoorbeeld de wielen van skateboards en de wielen van
de achtbaan van PUR gemaakt (bij een achtbaan het
oranje deel van het wiel). De wielen blijven immers goed
“bollen” omdat ze weinig vuil opnemen.
Crocs, de modieuze schoen, zou ook uit PUR gemaakt zijn (de juiste samenstelling wordt
geheim gehouden). Deze schoen is echter veel lichter dan de andere toepassingen. De PUR is
hier verschuimd. In de volgende proef gaan wij dat ook doen.
Opdracht5.2. Bereiding PUR-schuim
Benodigdheden :
- PUR component A (Desmodur)
- PUR component B (Desmophen)
- Weegschaal
- Wegwerpbeker
- Roerstaafje (wegwerp)
Uitvoering:
Kijk op de PUR-verpakking en zoek de
technische gegevens op het world wide web.
Zoek in deze technische gegevens (ook databladen of data-sheets genoemd) de soortelijke
massa van de verschuimde PUR en de mengverhouding.
Soortelijke massa PUR-schuim = ………60……………………kg/m³
30
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Voor de bereiding van het PUR-schuim wordt per 2 deeltjes component A, 1 deeltje
component B gebruikt.
Mengverhouding (nauwkeurig te volgen!!) : ……100………………….delen component A komt
overeen met ………50…………..delen component B. In totaal hebben we dan …………150……….
delen (= A+B)
Het volume van de te vullen beker is : ……18…………cl of ………0,00018………..m³
LET OP MET DE EENHEDEN!!!!!
Rekenen met verhoudingen
1 m³ verschuimde PUR ………60………..kg
×…
1
×…
1
……0,000018…….m³ (volume beker) ……0,0108…..kg We hebben dus in totaal …0,0108…….kg of …10,8………g nodig (= A+B = …150………delen)
Nu berekenen we nog hoeveel we van component A en component B nodig hebben
……150………..delen (A+B) ……10,8…..g
×…
…
×…
…
…100……………delen A ……7,20…..g
Component A
31
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
……150………..delen (A+B) ………10,8………..g
×…
…
×…
…
……50…………delen B ……3,6……..g
Component B
We hebben nu alle gegevens en gaan als volgt te werk.
1. Dek de tafel af met plastiek
2. Weeg het gewicht van component A af in de te vullen
beker.
3. Voeg het gewicht van component B toe aan de beker
(dit kan in dezelfde beker!!!)
4. Roer stevig !!! Er mag STEVIG geroerd worden tot je
merkt dat de reactie op gang komt (het volume begint
toe te nemen)
5. Laat de reactie volledig uitwerken (dit is gebeurt na
……..minuten (zie data-sheet))
32
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Je hebt berekeningen uitgevoerd om de beker volledig te vullen met schuim.
Is de beker volledig vol? Ja/Nee
Hoe komt dit? Tip : kijk op de technische fiche.
Procesevaluatie verschuimen (V/C/A) en (A/E)
Geef jezelf een score op 5 door vakjes in
te kleuren.
1 Ik heb de juiste hoeveelheden
afgemeten
2 Ik heb het stappenplan goed
gevolgd
3 Alle materiaal is proper gepoetst,
roerstokjes, bekers ed. zijn in de
vuilbak.
4 Ik werkte op een veilige manier.
5 Ik werkte goed in team.
33
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Uitbreiding (leerkrachten)
PUR-schuim: theoretische achtergrond en reacties
De isocyanaten (R-N=C=O) in Desmodur, reageren met reactieve waterstof bevattende verbindingen
zoals alcoholen (Desmophen) om urethanen te vormen:
R-N=C=O + R’-OH R-NH-CO-O-R’
Isocyanaat alcohol urethaan
Tussen een diisocyanaat en een diol is een polycondensatie mogelijk. Het diisocyanaat kan schematisch
voorgesteld worden als O=C=N-R-N=C=O, wat reageert met een diol, geschematiseerd als HO-R’-OH.
De reactie kan geschematiseerd worden als:
Door reactie tussen een diisocyanaat en een lineair polydiol verkrijgt men thermoplastische lineaire
polyurethanen waarmee voorwerpen in vormen of mallen kunnen gefabriceerd worden (skischoenen
bijvoorbeeld). De polyurethanen verkregen door reactie tussen een diisocyanaat (zoals de aromatische
diisocyanaten) en een triol (of polyol) vormen netwerken en zijn thermoharders. Indien men de
polycondensatie uitvoert in aanwezigheid van water, dat met de diisiocyanaten reageert met vorming
van koolstofdioxide, verkrijgt men een materiaal met een cellulaire structuur, dat hard, of zacht en
elastisch kan zijn. Dit is polyurethaanschuim:
O=C=N-R-N=C=O + 2HOH H2N-R-NH2 + 2CO2
Praktisch :
- Bij het verschuimen is de beker niet volledig gevuld omdat de 2 componenten beperkt
houdbaar zijn en men rekening dient te houden met de temperatuur.
- Om verschillende soorten kunststoffen van elkaar te scheiden maakt men gebruik van de
massadichtheid. Men kan dit demonstreren door bv PC en PE in water te gooien, wat blijft
drijven is PE.
34
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
3.5.2.Sandwichpanelen
3.5.2.1. Wat zijn Sandwichpanelen?
In de bouwsector, en vooral de industriebouw, wordt veelvuldig gebruik gemaakt van de
Sandwichpanelen. Ze zijn licht, isoleren goed, en zijn snel te monteren.
De panelen zijn in de handel, naargelang hun toepassing, te verkrijgen in verschillende
vormen en maten. Zo zijn er panelen die dienen om muren te bouwen of andere om daken
te maken. Voor elke toepassing is er wel een paneel te vinden.
Sandwichpanelen bestaan meestal uit 2 dunne metalen platen (0,5 tot 0,7mm dik) met
daartussen een laag ‘verschuimde’ kunststof.
De metalen platen worden behandeld tegen roest (meestal verzinkt en gelakt in een
standaardkleur). Verder zijn de
metalen platen geprofileerd om zo
extra stevig te zijn en om
oneffenheden (die ontstaan tijdens
de fabricage) te camoufleren.
De kunststof die tussen de 2
metalen platen zit, is ofwel
polystyreen of polyurethaan.
35
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Belangrijke voordelen van Sandwichpanelen zijn :
- Sterkte
- Isolatiewaarde
- Snelle montage
De isolatiewaarde van de
sandwichpanelen wordt uitgedrukt
in een U-waarde. Deze wordt
bepaald door de dikte van het
materiaal in combinatie met het
type materiaal, dat voor een raam,
dak of muur wordt gebruikt. Aan
de hand van deze waarde wordt vastgesteld hoeveel
warmte door een vierkante meter van een specifiek
constructiedeel ontsnapt per seconde. Een lage U-
waarde staat voor een hoge isolatiewaarde. De
maximumwaarden verschillen naargelang het om
transparante of doorzichtige constructiematerialen
gaat. (http://www.isolatie-
info.be/isolatiewaarden.html )
Maak een vergelijking tussen glas, baksteen en sandwichpanelen. Welk van deze 3
materialen isoleert het best?
36
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
3.5.2.2. Een sandwichpaneel maken.
Opdracht 5.3. Sandwichpaneel
Benodigdheden
- 2 bekers
- Mal (paneel 4cm dik)
- 2 metalen platen
- Weegschaal
- Mengbeker
- Dubbelzijdige plakband
- Ontvetter (zeep en water)
- Schuurpapier (korrel 400)
Meet de binnenzijde van de mal en bepaal het volume :
Haal de nodige gegevens uit het Data-blad van de schuim
1 m³ verschuimde PUR ……60…………..kg
×…
1
×…
1
……0,01………….m³ (volume mal) …0,6..kg
37
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Omdat het nodige volume niet wordt bereikt of wordt overschreden gaan we MEER/MINDER
component A en B nemen. Op basis van het gevormde schuim in het bekertje is dit af te
leiden.
Schat het volume PUR-schuim in de beker in cm³. Bepaal de verhouding volume beker ……
cm³ ten opzichte van het volume gevormd PUR-schuim in cm³. De bekomen factor bedraagt
……1,2………………… De af te wegen hoeveelheid is dan ……0,6………..kg x ……1,2…….. (factor) =
……0,72………..kg
……150………..delen (A+B) ………720………..g
×…
…
×…
…
……100…………delen A ……480…………..g
Component A ……150………..delen (A+B) ………720………..g
×…
…
×…
…
……50…………delen B ……240…………..g
Component B
38
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
We gaan nu als volgt te werk
1. Dek de tafel af met plastiek
2. Ontbraam de metalen platen
3. Ontvet deze platen en laat deze drogen
4. Schuur deze platen met schuurpapier op
(korrel 400).
5. Pak het deksel en de mal in met PE-
plastiekfolie. Doe dit met behulp van
dubbelzijdig plakband (zie foto)
6. Breng kleine stukjes dubbelzijdige
plakband aan op de metalen platen.
7. Breng de metalen platen aan in de mal en
op het deksel.
8. Weeg de juiste hoeveelheid van
component A af in een beker
9. Weeg de juiste hoeveelheid van
component B af in een andere beker
10. Breng de 2 samen in de mengbeker en
roer flink tot je ziet dat de reactie begint.
11. Giet het geheel in de mal en sluit deze
met een lijmtang (LET OP : Er kan
behoorlijk wat druk ontstaan…)
12. Wacht tot de reactie volledig uitgewerkt is
en open de mal (het paneel zit nu vast in de
mal en moet er uit gewrongen worden).
13. Als alles goed verlopen is heb je nu een
sandwichpaneel.
39
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Productevaluatie Sandwichpaneel (V/M/A)
Geef jezelf een score op 5 door vakjes in te kleuren.
1 Ik heb de volledige inhoud van de
bekers bij elkaar kunnen brengen.
2 Er is geen schuim uit de mal gekomen.
3 Het sandwichpaneel is overal even
dik.
4 De metalen platen hechten goed.
5 Er is geen schuim onder de platen
gevloeid.
40
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
3.5.2.3. De Sterkte.
Als we het hebben over de sterkte van kunststoffen kunnen we dit op verschillende
manieren benaderen.
- Trek : dit is de weerstand die een bepaalde stof biedt tegen het uitrekken.
- Druk : hoeveel druk kan een stof weerstaan vooraleer het stuk gaat?
- Wringing : hoe hard kunnen we aan een stof wringen?
- Buiging : Hoe ver kunnen we een bepaalde stof buigen?
Trek en druk hebben we reeds bekeken, we gaan verder in op buiging.
We gaan de buiging bekijken van ons sandwichpaneel t.o.v. een metalen plaat van dezelfde
grootte.
We maken de volgende opstelling waarbij de lengte 28cm is.
�⃗� is een kracht dit we in het midden op de metalen plaat laten ingrijpen. We gebruiken
hiervoor verschillende gewichten.
Indien we de kracht vergroten zal er een grotere doorbuiging zijn.
41
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Opdracht 5.4. De formule voor de doorbuiging bestuderen
Fmax is het symbool voor de doorbuiging.
Ingenieurs gebruiken de volgende formule om bij deze opstelling de doorbuiging te
berekenen
𝐹𝑚𝑎𝑥 = 𝐹 × 𝑙3
48 × 𝐸 × 𝐼
Een behoorlijk ingewikkelde formule.
E is afhankelijk van het soort materiaal (in dit geval metaal)
I is een constante die bepaald wordt door de vorm (in dit geval een plaat)
l is de lengte (zoals aangegeven op de tekening)
We zien dat bij een constante
lengte de doorbuiging Fmax recht
evenredig is met de grootte van
de kracht F.
Meet nu bij verschillende
belastingen (gewichten,
massa’s) de doorbuiging van de
plaat met een meetlat. Duid in
de tabel de juiste grootheid
42
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
(massa of kracht) en eenheid aan (kg of N).
Begin bij een belasting van 0N of 0kg tot een maximale belasting van ongeveer 5kg of
ongeveer 50N. Vergroot de belasting met stappen van 0,5kg of ongeveer 5N.
metalen plaat sandwichpaneel
Massa of kracht Fmax Massa of kracht Fmax
kg of N mm kg of N mm
43
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Uitbreiding leerkracht
De bovenstaande formule lijkt op het eerste zicht zeer complex maar :
- De lengte l is een constante dus is l³ ook een Cte.
- E is de elasticiteitsmodulus.
o Dit is eigen aan het materiaal.
o Hoe hoger E, hoe sterker het materiaal-. Bv betonijzer heeft een heel andere
E dan het lemmet van een aardappelschiller. Betonijzer is veel makkelijker
buigzaam en zal dus een lagere elasticiteitsmodulus hebben.
o Bij ferro- en non-ferrometalen is dit een belangrijke grootheid om de sterkte
aan te duiden
o Men vindt de elasticiteitsmodulus van verschillende materialen op de
websites van de fabrikanten. (bv Uddeholm is een fabrikant van staal. Op de
website van deze fabrikant vind men gegevens voor wat zij bv ARNE noemen
(een goed hardbare gereedschapstaalsoort). Je zal zien dat de E-modulus
tussen 170 en 190 kN/mm² is.
o In deze formule is E dus ook een Cte.
- De lineaire traagheid I is eigen aan de vorm.
o een grootheid uit de sterkteleer.
o Is eigen aan de doorsnede en de ligging van de plaat.
De plaat rechtop zetten zou een hele andere (grotere) waarde voor I
geven.
Rechtop zou de plaat immers veel minder doorbuigen!!!
o Deze grootheid is ook hier een Cte
Dit alles maakt dat de doorbuiging Fmax een lineair verband moet hebben met de kracht.
We zullen zien dat de curve afwijkt van het theoretisch model, omdat
- De formule is geldig voor puntlasten.
- Er onzuiverheden in het materiaal zitten.
44
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Opdracht :
Maak op ruitjespapier een grafiek : op de horizontale lijn: kracht of de massa, op de
verticale lijn: de doorbuiging Fmax . Duid op de assen de grootheid en de eenheid aan.
Maak de vergelijking tussen de doorbuiging van de metalen plaat en de doorbuiging van het
sandwichpaneel. Welke plaat is het sterkste? Verklaar je antwoord.
Indien de doorbuiging recht evenredig is met de kracht, moet het mogelijk zijn om door de
verschillende punten van de grafiek een rechte te tekenen. Is dit mogelijk? Ja/Nee
Verklaring
Puntbelasting?
Theorie Praktijk
45
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Evaluatie verschuimen kunststoffen.(K/G) en (K/I)
1. Omschrijf met eigen woorden wat massadichtheid is.
2. Bereken adhv de tabel in je cursus het gewicht van
a. Een emmer water (8l)
b. 12 l kwik
c. 3m³ beton
d. 0,25cm³ goud (hoeveel kost dit als je weet dat goud 30€ per gram kost?)
e. Een balkvormig stuk ijzer met de volgende afmetingen : 5cmx5cmx10cm
f. Een kurken stop van een wijnfles (Ø2cm, lengte 45mm)
g. Een pvc-buis met een buitendiameter van 100mm, een wanddikte van 2mm
en een lengte van 2m.
3. Omcirkel het zwaarst?
a. 1dm³ Koper of 1dm³ brons
b. 1dm³ ijzer of 1dm³ beton
c. 2dm³ water of 1dm³ aluminium
d. 3dm³ suiker of 2dm³ beton
e. 1m³ water of 500dm³ dennenhout
f. 1liter kwik of 75cl goud
4. Welk van de (NIET verschuimde) kunststoffen drijven op water? Waarom?
5. Ik lees in een datasheet van PUR-schuim de volgende gegevens
Dichtheid 300kg/m³
Mengverhouding 105/145
Bepaal hoeveel gram component A en hoeveel gram component B ik nodig heb om
54 liter schuim te maken.
46
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
3.6. Welk polymeer kiezen we voor een bepaalde
toepassing?
Elk polymeer heeft bepaalde goede en minder goede eigenschappen.
Opdracht6.1: Vertrek van de fiches van de kunststoffen: PP, HDPE, LDPE, PET , PVC en PS.
(bron: http://www.plastiq.be/lesmateriaal/ )
Zoek telkens een kunststof(fen) met volgende eigenschappen. Verklaar de eigenschap.
Eigenschap Kunststof Verklaring
Elastisch boven 150°C
Krasgevoelig
Bros bij lage temperatuur
Goed lasbaar
Zowel helder als ondoorzichtig
Weinig wrijving
Chemisch inert
Goed verlijmbaar
47
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Opdracht6.2: Bestudeer je
verpakkingsmaterialen (opdracht3.1).
Controleer op de fiches op welke
eigenschap(pen) men steunt om het
kunststofmateriaal te gebruiken.
Voorwerp Kunststof Eigenschap(pen)
PVC
PET
HDPE
LDPE
PP
PS
Tegenwoordig bestaan er duizenden verschillende soorten polymeren. Vertrekkend van één
polymeer kun je verschillende variaties krijgen door het te mengen met andere polymeren,
door toevoeging van additieven, door invoeren van elektrische ladingen en kleurstoffen….
zodat je als het ware kunststoffen op maat kunt maken, afhankelijk waarvoor je ze wil
gebruiken.
48
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Voor een concrete toepassing dien je de grondstof die je gaat kiezen te selecteren op basis
van een soort van lastenboek, een aantal criteria waaraan de grondstof moet voldoen, dat
bepaald wordt door de eisen die bij gebruik aan het product zullen gesteld worden.
Voorbeelden:
-Mechanische eisen: Welke krachten zullen inwerken op het voorwerp? Is het onderworpen
aan schokken, wrijvingskrachten?
-Gedrag op lange termijn: Wordt het voorwerp herhaaldelijk blootgesteld aan krachten?
Moet het voorwerp bestand zijn tegen slijtage?
-Omgevingsfactoren: temperatuurschommelingen, extreme temperaturen, blootstelling aan
UV, contact met stoffen
-Specifieke vereisten op basis van:
-uitzicht van het oppervlak, porositeit
-kleur
-hygiënische vereisten, contact met voedingswaren
-samenbrengen met andere materialen
-Milieuaspecten
……
Een voorbeeld: reiskoffer
Eisen van de klant:
-aantrekkelijk (lage prijs, laag gewicht, mooie vorm
en kleur)
-eigenschappen bewaren gedurende bepaalde tijd:
schokweerstand, weerstand tegen krassen,
weerstand tegen chemische stoffen.
49
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Afhankelijk van de rangorde van de criteria kunnen dan bepaalde prioriteiten worden
gesteld.
In de grafiek zijn voor een aantal kunststoffen de eigenschappen kostprijs (blauw), dichtheid
(bruin), schokvastheid (groen), sterkte (paars), chemische weerstand (lichtblauw) in een
schaal van 1 op 16 aangegeven.
Voor het koffer zijn dit: lage kostprijs, lage dichtheid, goede weerstand tegen chemische
stoffen, aanvaarbare hardheid. Hieruit kan bijvoorbeeld PP worden afgeleid.
Opdracht6.3: Kies een voorwerp uit kunststof. Probeer het lastenboek van het voorwerp op
te stellen en bepaal op basis van prioriteiten welk kunststof men zou kunnen gebruiken.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Hard PVC HDPE PP PS PDM PBT PA PC
kostprijs
dichtheid
schokvastheid
sterkte
chemische weerstand
50
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Evaluatie: Welk polymeer kies je voor de verpakking van chips? (K/I) en (V/C/P)
Je bent verantwoordelijk om een nieuwe verpakking te
ontwikkelen voor chips.
a. Stel een lastenboek op voor deze verpakking
b. Bepaal de belangrijkste eigenschappen voor de
verpakking.
c. Je krijgt de keuze om één van volgende kunststoffen
te nemen: PP, HDPE, LDPE, PET , PVC en PS. Maak
gebruik van de fiches van deze kunststoffen om een
beste keuze te maken. Geef aan waarom je deze
keuze doet.
d. Met de gegevens in de grafiek kun je controleren of een andere kunststof in
aanmerking zou kunnen komen. Verklaar je keuze
0
5
10
15
20 kostprijs
dichtheid
schokvastheid
sterkte
51
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Globale evaluatie (A/N) en (A/E) Globale evaluatie bij doornemen van project:
(omcirkel de smiley die het beste bij je past)
1. Nauwkeurig waarnemen:
Ik kijk bij anderen wat ik
moet doen en
opschrijven.
Ik heb goed maar onvolledig
geobserveerd en genoteerd.
Mijn waarnemingen zijn
betrouwbaar, ik heb alles
gezien en dit netjes en ordelijk
genoteerd.
2. Tempo:
Ik verlies veel tijd door
met andere dingen bezig
te zijn.
Ik werk door, maar traag, ik
heb altijd meer tijd nodig dan
normaal.
Ik heb een goed werktempo en
maak bijna altijd de opdrachten
af binnen de voorzien tijd.
3. Samenwerken:
Ik blijf merendeels
afzijdig. Ik vraag het
meestal aan de anderen.
Ik doe mijn eigen zin.
Ik val niet op. Af en toe stel ik
een vraag, maar laat het
initiatief vaak aan de anderen.
Ik ben wel respectvol.
Ik bied hulp aan, werk goed
samen. Ik kan dank u zeggen
wanneer men mij helpt.
52
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579
Mogelijke andere sporen van evaluatie
Voor onderdeel3:
1. De zetmeelfolie kan nog via andere verhoudingen worden bereid resultaat
2. Aan de zetmeelfolie kunnen stoffen worden toegevoegd die de treksterkte ook gaan
beïnvloeden vb weekmaker
3. Bij zetmeelfolie een andere eigenschap dan treksterkte onderzoeken: krasvastheid,
buigbaarheid, afbreekbaarheid door micro-organismen….
4. Bereiding van een folie met polymelkzuur i.p.v. zetmeel en hiervoor een eigenschap
onderzoeken
5. In plaats van een folie een schuim maken zoals PUR-schuim en hiervoor een
eigenschap onderzoeken.
Voor onderdeel4
1. Eventueel dienen de modelvoorstellingen van deze nieuwe samenstellingen
worden voorgesteld
2. Hoe kan een modelvoorstelling gebeuren voor een thermoharder?
3. Modelvoorstelling is hier met spaghetti, kan eventueel op een andere manier
gebeuren zoals met kraaltjes, papieren sliertjes….
Voor onderdeel6
1. Andere kunststoffen bestuderen dan verpakkingsmaterialen met PlastIQ-fiches
2. De opdracht 6 voor een andere toepassing laten onderzoeken. In plaats van een
bagagekoffer een zakje voor chips, een hoesje voor de Iphone, ….
Extra materiaal:
http://www.plastiq.be/plasticlab/
http://kik-ov.webs.com/
http://www.essenscia.be/nl/acties_voor_jongeren
Addendum1
53
Vakdidactisch Centrum - Centre for Subject Matter Teaching www.vakdidactiek.be
Agoralaan gebouw B, bus 1, 3590 Diepenbeek – Belgium T +32 (0)11 561570 – F +32 (0)11 561579